二次空气量测量与计算 (2)

1、上次课的内容：一次风测量 压力计种类压力计种类 平均流速测量 一次风量计算（温度测定） 二次风的二次风的温度温度7001250 一次风的一次风的温度温度 0150C第四讲二次空气量测量与计算第四讲二次空气量测量与计算之温度测量之温度测量测温方法与测温仪表测温方法与测温仪表u温度温度不能直接测量不能直接测量，而是借助于物质的某些物，而是借助于物质的某些物理特性是温度的函数，通过对某些物理特性变理特性是温度的函数，通过对某些物理特性变化量的测量间接地获得温度值。化量的测量间接地获得温度值。u根据温度测量仪表的使用方式，通常可分类为根据温度测量仪表的使用方式，通常可分类为接触法与非接触法接触法与非接

2、触法两大类。两大类。 一.测温方法1.接触法接触法u当两个物体接触后，经过足够长的时间达当两个物体接触后，经过足够长的时间达到热平衡后，则它们的温度必然相等。如果到热平衡后，则它们的温度必然相等。如果其中之一为温度计，就可以用它对另一个物其中之一为温度计，就可以用它对另一个物体实现温度测量，体实现温度测量，这种测温方式称为接触法。这种测温方式称为接触法。u特点：特点：温度计要与被测物体有良好的热接温度计要与被测物体有良好的热接触，使两者达到热平衡。触，使两者达到热平衡。 ( (一一) )、温度所能引起的变化、温度所能引起的变化热的机械效应：热的机械效应：固体热膨胀固体热膨胀气体的热效应气体的热

3、效应流体热膨胀流体热膨胀热的幅射效应热的幅射效应：可见光可见光红外光红外光弹性系数变化弹性系数变化二测温仪表热的电效应：热的电效应：金属的热电效应金属的热电效应半导体的热电半导体的热电(赛贝克赛贝克)效应效应热释电效应热释电效应热的化学效应热的化学效应化学平衡的影响化学平衡的影响传递过程的影响传递过程的影响相平衡的影响相平衡的影响化学反应速度化学反应速度 热的其它效应热的其它效应: 电阻的热效应、热磁效应、介电常数的温度效应、电阻的热效应、热磁效应、介电常数的温度效应、 PNPN结的温度效应、温度对液晶的选择透光性结的温度效应、温度对液晶的选择透光性、温温度对度对吸收系数吸收系数的影响等。的影

4、响等。2.非接触法非接触法u利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物利用物体的热辐射能随温度变化的原理测定物体温度，体温度，这种测温方式称为非接触法。这种测温方式称为非接触法。(1) (1) 辐射式温度计辐射式温度计 (2) (2) 光纤式温度计：光纤式温度计：u特点：特点：不与被测物体接触，也不改变被测物体不与被测物体接触，也不改变被测物体的温度分布，热惯性小，便于测量运动物体的的温度分布，热惯性小，便于测量运动物体的温度和快速度变化的温度。温度和快速度变化的温度。 。u通常用来测定通常用来测定10001000以上的移动、旋转或反应以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体的温度。迅速的高温物体的

5、温度。（二）、（二）、膨胀式温度计 膨胀式温度计是利用物体受热膨胀的膨胀式温度计是利用物体受热膨胀的原理制成的温度计，主要有原理制成的温度计，主要有液体膨胀式液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计和压力式温温度计、固体膨胀式温度计和压力式温度计度计三种。三种。1液体膨胀式温度计液体膨胀式温度计. 测温原理测温原理. 主要特点主要特点. 分类分类.使用前必须经过校正，尤其是用了较久的温度计。零点漂移和小泡等原因会造成测量误差。. 温度计保存和安装时都应使温度计直立，且温包应在下面。. 使用时检查液柱是否脱离，测温包内是否含有气泡。液柱脱离:缓慢加热或轻微振动来消除。测温包进入气泡:将温度计置于低温，

6、使液体进入温包，然后轻轻抖动使气泡逸出。温度计的使用 . 测量流体温度时，温度计应逆流向安装或与流向垂直或有一定倾斜角，不能顺向安置，而且测温套管的插入深度要达到中心线。它一般用来测量0-500的温度，如环境温度，蒸汽温度，生料、煤粉、油及煤气等温度。对玻璃温度计浸入方式的修正大多数玻璃液体温度计都是按全浸入方式校准的，因为半浸入方式校准的温度计会由于环境温度的变化引起较大的测量误差。但是，全浸入型温度计全浸入测量时读数困难，于是，往往采用全浸入型温度计半浸入测量，然后加以修正的方法来解决这个问题。 2固体膨胀式温度计固体膨胀式温度计 它是利用两种线膨胀系数不同的材料它是利用两种线膨胀系数不同

7、的材料制成，有杆式和双金属片式两种。制成，有杆式和双金属片式两种。1）杆式温度计： 杆式温度计是利用金属材料做感温元件，靠材料随温度的变化而伸缩的原理制成测温仪表，其仪表结构如图 2）双金属片式温度计： 这是一种利用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起构成的一种温度计。如图所示：轴测量管传递杆BAt=t。t。BAt。tt。3、压力式温度计、压力式温度计u它是利用密闭容积内工作介质随温度它是利用密闭容积内工作介质随温度升高而压力升高的性质，通过对工作升高而压力升高的性质，通过对工作介质的压力测量来判断温度值的一种介质的压力测量来判断温度值的一种机械式仪表。机械式仪表。感温元件（温包和接头管）、毛

8、细管和盘簧管（或弹簧管）等元件构成一个封闭系统，系统内充填的工作物质：气体、液体或低佛点液体的饱和蒸气等。测量时温包被置于被测介质中，温包内的工作物质（如气体）因温度升高而压力增大，该压力变化经毛细管传给盘簧管并使其产生一定的变形，然后借助于指示机构指示出被测的温度数值。温包温包毛细管毛细管盘盘簧簧管管指示机构指示机构压力表式温度计构造温包是直接与被测介质相接触来感受温度变化的元件，因此要求它具有高的强度、小的膨胀系数、高的热导率以及抗腐蚀等性能。温包常用黄铜或钢来制造，如用于测量腐蚀性介质的温度，则温包也可用不锈钢来制造。毛细管是用铜或钢等材料冷拉成的无缝圆管,用来传递压力的变化。如果它的直

9、径愈细、长度愈长,则传递压力的滞后现象就愈严重,即温度计对被测的反应越迟钝。然而,在同样的长度下毛细管越细,仪表的精度就越高。盘簧管或弹簧管就是一般压力表用的弹性元件如磷青铜等。压力表式温度计1. 温包的安装 压力式温度计的温包应全部插入被测介质中，如果安装在管道上，应将温包长度的一半处于管道中心线，而且应是自上而下垂直安装。若被测介质对温包材料有强烈腐蚀性，则应将温包装在护套管中。2. 毛细管安装毛细管应远离热源或冷源安装，且安装时应引直不应打折。压力表式温度计的安装 3. 指示部分安装 指示部分高度位置应与温包一致，否则应调零修正； 周围环境温度应较稳定，不低于5和高于60； 周围环境不应

10、有大量粉尘和对仪表有腐蚀性气氛； 不应安装在强烈振动场合，否则应加减震装置。 压力表式温度计结构简单，防震，可远距离测量，但损坏后难修理，不能测点的温度和表面温度。它一般可用来指示或记录热工设备中的各种流体介质温度。u工作介质是气体、液体或蒸气工作介质是气体、液体或蒸气u简单可靠、抗振性能好，具有良好的防爆简单可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性性u动态性能差，示值的滞后较大，不能测量动态性能差，示值的滞后较大，不能测量迅速变化的温度迅速变化的温度二、二、 热电偶温度计热电偶温度计 u热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、热电偶是目前世界上科研和生产中应用最普遍、最广泛的温度测量元件。最广泛

11、的温度测量元件。u它将温度信号转换成电势（它将温度信号转换成电势（mVmV）信号，配以测）信号，配以测量毫伏的仪表或变送器可以实现温度的测量或量毫伏的仪表或变送器可以实现温度的测量或温度信号的转换。温度信号的转换。u具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确具有结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、性能稳定、复现性好、体积小、响应时度高、性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短等各种优点。间短等各种优点。1. 热电偶结构热电偶结构（1）热电极）热电极（2）绝缘套管）绝缘套管（3）保护套管）保护套管（4）接线盒）接线盒 两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不

12、同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应( (塞塞贝克效应贝克效应) )，而这种电动势称为热电势。 热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。2热电偶的工作原理参考端冷端工作端热端BATT0 热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题： 1：热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度差的函数； 2 ：热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是

13、均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关； 3：当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，则热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。3接触电势（接触电势（Peltier效应）效应） 接触电势用接触电势用EAB(T)表示，其数值可用下式表表示，其数值可用下式表示示 式中式中 e 单位电荷，单位电荷，4.802X10-10静电单位；静电单位； K波尔兹曼常数，波尔兹曼常数，K=1.3810-23J/K； NA(T)、NB(T)材料材料A、B在温度为在温度为T时时的自由电子密度；的自由电子密度； TA、

14、B接触点的温度，接触点的温度，K。AABBN (T)KTE(T)lneN (T)u从理论上可以证明该接触电势的大小和从理论上可以证明该接触电势的大小和方向主要取决于方向主要取决于两种材料的性质（电子两种材料的性质（电子密度）和接触面温度的高低密度）和接触面温度的高低。u温度越高，接触电势越大；两种导体电温度越高，接触电势越大；两种导体电子密度比值越大，接触电势也越大。子密度比值越大，接触电势也越大。4 4温差电势（温差电势（ThomsonThomson效应）效应） 温差电势可表示为温差电势可表示为 式中符号同前式。式中符号同前式。0TA0ATAK1E (T,T )d(NT)eN5热电偶闭合回路

15、的总热电势热电偶闭合回路的总热电势 对于由对于由A和和B两种导体组成的热电偶闭合两种导体组成的热电偶闭合回路，设两端温度接点温度分别为回路，设两端温度接点温度分别为T和和T0，且，且TT0，NANB；那么回路中存在两个接触电势；那么回路中存在两个接触电势EAB(T)和和EAB(T0)，两个温差电势，两个温差电势EA(T,T0)和和EB(T,T0)。因此回路的总热电势为。因此回路的总热电势为AB0ABAB0B0A0E (T,T )E (T) E (T ) E (T,T ) E (T,T ) 进行推导整理后，可得进行推导整理后，可得 对于确定的材料对于确定的材料A和和B，NA和和NB与与T的关系的

16、关系已知，则上式可简写成下面的形式已知，则上式可简写成下面的形式EAB(T,T0)= f(T) f(T0) 如果冷端温度如果冷端温度T0保持恒定，这个热电势就是保持恒定，这个热电势就是热端温度热端温度T的单值函数，即的单值函数，即 EAB(T,T0)= f(T) C 0TAAB0TBN (T)KE(T,T )lndTeN (T)从以上式子可以得到如下结论：从以上式子可以得到如下结论：u热电偶回路热电势的大小只与组成热电偶的材热电偶回路热电势的大小只与组成热电偶的材料和材料两端连接点所处的温度有关，与热电料和材料两端连接点所处的温度有关，与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。偶丝的直径、长度

17、及沿程温度分布无关。u只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，只有用两种不同性质的材料才能组成热电偶，相同材料组成的闭合回路不会产生热电势。相同材料组成的闭合回路不会产生热电势。u热电偶的两个热电极材料确定之后，热电势的热电偶的两个热电极材料确定之后，热电势的大小只与热电偶两端接点的温度有关。如果大小只与热电偶两端接点的温度有关。如果T0已知且恒定，则已知且恒定，则f（T0）为常数，回路总热电势）为常数，回路总热电势EAB（T，T0）只是温度）只是温度T的单值函数。的单值函数。 三、热电偶的基本定律三、热电偶的基本定律1均质导体定律均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路中，不论由一种均质导

18、体组成的闭合回路中，不论其截面和长度如何以及沿长度方向上各处的温其截面和长度如何以及沿长度方向上各处的温度分布如何，都不能产生热电势。反之，如果度分布如何，都不能产生热电势。反之，如果回路中有热电势存在则材料必为非均质的。回路中有热电势存在则材料必为非均质的。 u这条规律还要求热电偶的两种材料必须各这条规律还要求热电偶的两种材料必须各自都是均质的，否则会由于沿热电偶长度自都是均质的，否则会由于沿热电偶长度方向存在温度梯度而产生附加电势，从而方向存在温度梯度而产生附加电势，从而因热电偶材料不均匀性引入误差。因热电偶材料不均匀性引入误差。2中间导体定律中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种导体，只

19、要第在热电偶回路中接入第三种导体，只要第三种导体两端温度相同，该导体的引入对热电三种导体两端温度相同，该导体的引入对热电偶回路的总电势没有影响。偶回路的总电势没有影响。 同理，热电偶回路中接入多种导体后，只同理，热电偶回路中接入多种导体后，只要保证接入的每种导体的两端温度相同，则对要保证接入的每种导体的两端温度相同，则对热电偶的热电势没有影响。热电偶的热电势没有影响。 u该定律表明热电偶回路中可接入各种仪表该定律表明热电偶回路中可接入各种仪表或连接导线。只要仪表或导线处于稳定的或连接导线。只要仪表或导线处于稳定的环境温度，原热电偶回路的热电势将不受环境温度，原热电偶回路的热电势将不受接入仪表或

20、导线的影响。接入仪表或导线的影响。u该定律还表明热电偶的接点不仅可以焊接该定律还表明热电偶的接点不仅可以焊接而成，也可以借助均质等温的导体加以连而成，也可以借助均质等温的导体加以连接。接。3中间温度定律中间温度定律 热电偶回路中，两接点温度分别为热电偶回路中，两接点温度分别为T、T0时时的热电势，等于接点温度为的热电势，等于接点温度为T、TN和和TN、T0的的两支同性质热电偶的热电势的代数和。两支同性质热电偶的热电势的代数和。 EAB(T,T0)=EAB(T,TN)+EAB(TN,T0)u该定律说明当热电偶参比端温度该定律说明当热电偶参比端温度t00时，只要能测得热电势时，只要能测得热电势E(

21、t,t0)，且，且t0已知，已知，仍可以采用热电偶分度表求得被测温度仍可以采用热电偶分度表求得被测温度t值。值。4.4.连接导体定律连接导体定律 在热电偶回路中，如果热电偶的电极材在热电偶回路中，如果热电偶的电极材料料A和和B分别与连接导体分别与连接导体A和和B相连接，各相连接，各有关接点温度为有关接点温度为t，tn和和t0，那么回路的总热，那么回路的总热电势等于热电偶两端处于电势等于热电偶两端处于t和和tn温度条件下温度条件下的热电势的热电势EAB(t,tn)与连接导线与连接导线A和和B两端处两端处于于tn和和t0温度条件下的热电势温度条件下的热电势EAB(tn,t0)的代的代数和。数和。E

22、ABBA(t,tn,t0)= EAB(t,tn)+ EAB(tn,t0)u中间温度定律和连接导体定律中间温度定律和连接导体定律是工业热是工业热电偶测温中应用补偿导线的理论依据。电偶测温中应用补偿导线的理论依据。四、常用热电偶的材料、结构和分类四、常用热电偶的材料、结构和分类 1 1热电偶的材料热电偶的材料 虽然任意两种导体或半导体材料都可以配虽然任意两种导体或半导体材料都可以配对制成热电偶，但是作为实用的测温元件，对对制成热电偶，但是作为实用的测温元件，对它的要求却是多方面的。它的要求却是多方面的。 （1）两种材料所组成的热电偶应输出较大的）两种材料所组成的热电偶应输出较大的热电势，以得到较高

23、的灵敏度，且要求热电势热电势，以得到较高的灵敏度，且要求热电势和温度之间尽可能呈线性的函数关系。和温度之间尽可能呈线性的函数关系。 （2）能应用于较宽的温度范围，物理化学性）能应用于较宽的温度范围，物理化学性能、热电特性都较稳定。即要求有较好的耐热能、热电特性都较稳定。即要求有较好的耐热性、抗氧性、抗还原、抗腐蚀等性能。性、抗氧性、抗还原、抗腐蚀等性能。 （3）要求热电偶材料有高导电率和低电阻温）要求热电偶材料有高导电率和低电阻温度系数。度系数。 （4）具有较好的工艺性能，便于成批生产。）具有较好的工艺性能，便于成批生产。具有满意的复现性，便于采用统一的分度表。具有满意的复现性，便于采用统一的

24、分度表。 常用的热电偶材料2. 标准化热电偶标准化热电偶热电偶热电偶分度号分度号测量端温度测量端温度()参考端温度参考端温度()热电势热电势(mV)S13000B14008.914K3034.111T-145-5.324E80535J5651513.155158502059.30430.306u工程上所使用的各种类型的热电偶均把工程上所使用的各种类型的热电偶均把E(t)和和t的关系制成易于查找的表格形式，的关系制成易于查找的表格形式，这种表格称为这种表格称为热电偶的分度表热电偶的分度表。 3热电偶的类型（1）S型（铂铑铂铑10铂）热电偶铂）热电偶 （2）B型（铂铑铂铑30铂铑铂铑6）热电偶）热

25、电偶 （3）K型（镍铬镍铬镍硅）热电偶镍硅）热电偶（4）T型（铜铜康铜）热电偶康铜）热电偶 （5）E型（镍铬镍铬康铜）热电偶康铜）热电偶 3.非标准化热电偶非标准化热电偶 （1）钨铼系热电偶）钨铼系热电偶 （2）钨铱系热电偶）钨铱系热电偶 （3）其他非标准化热电偶）其他非标准化热电偶 常用工业热电偶比较常用工业热电偶比较 ： 热电偶名分度号 特 点 铂铑30-铂铑6 热电势小，精度高，价格高 镍铬-镍硅 铂铑10-铂 镍铬-康铜 热电势小，精度高，线性差， 价格高 热电势大，线性好，价格低 热电势大，线性差，价格低 B S K E 性能 下 降 （一）热电偶参考端的温度处理（一）热电偶参考端的

26、温度处理1. 1. 补偿导线法补偿导线法u 原理：原理：在一定温度范围内，与配用热电偶的在一定温度范围内，与配用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的廉金属导热电特性相同的一对带有绝缘层的廉金属导线为补偿导线。线为补偿导线。补偿导线补偿导线补偿导线补偿导线回路总热电势为回路总热电势为E=EAB(T,T0)+EAB(T0,T0)E=EAB(T,T0)EAB(T0,T0)=EAB(T0,T0)u常用补偿导线的结构分为常用补偿导线的结构分为普通型普通型和和带屏带屏蔽层型蔽层型两种两种u按照补偿原理分为按照补偿原理分为补偿型补偿型及及延伸型延伸型两种两种补偿导线补偿导线u按使用温度可分为按使用温度可分

27、为一般用一般用（0100）和和耐热用耐热用（0200）2. 计算修正法计算修正法 当用补偿导线把热电偶的冷端延长到某当用补偿导线把热电偶的冷端延长到某一温度一温度T0处（通常是环境温度），然后再处（通常是环境温度），然后再对冷端温度进行修正。对冷端温度进行修正。3. 冷端恒温法冷端恒温法（1）把冷端引至冰点槽内，维持冷端始终）把冷端引至冰点槽内，维持冷端始终为为0，但使用起来不大方便。，但使用起来不大方便。（2）把冷端用补偿导线引至电加热的恒温）把冷端用补偿导线引至电加热的恒温器内器内4.补偿电桥法补偿电桥法 补偿电桥法是在热电偶测温系统中串补偿电桥法是在热电偶测温系统中串联一个不平衡电桥，此

28、电桥输出的电压随联一个不平衡电桥，此电桥输出的电压随热电偶冷端温度变化而变化，从而修正热热电偶冷端温度变化而变化，从而修正热电偶冷端温度波动引入的误差。电偶冷端温度波动引入的误差。（二）热电偶的检定和误差分析（二）热电偶的检定和误差分析1. 1. 热电偶的检定热电偶的检定u 为了保证热电偶的测量精度，必须定期进为了保证热电偶的测量精度，必须定期进行检定。热电偶的检定方法有两种，行检定。热电偶的检定方法有两种，比较比较法法和和定点法定点法。u 用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一对象的温度，然后比较两者示值，以确定对象的温度，然后比较两者示值，以确定被检电偶的

29、基本误差等质量指标，这种方被检电偶的基本误差等质量指标，这种方法称为法称为比较法比较法。2. 热电偶测温误差分析热电偶测温误差分析（1）分度误差分度误差：指检定时产生的误差，其值：指检定时产生的误差，其值不得超过允许误差。不得超过允许误差。（2）冷端温度引起的误差冷端温度引起的误差（3）补偿导线的误差补偿导线的误差：它是由于补偿导线的：它是由于补偿导线的热电特性与所配热电偶不完全相同所造成的热电特性与所配热电偶不完全相同所造成的.（4）手动直流电位计）手动直流电位计误差（仪表误差）误差（仪表误差）（三）热电偶的使用与安装（三）热电偶的使用与安装1. 使用注意事项使用注意事项2. 安装原则安装原

30、则1)热电偶的安装应尽可能保持垂直，以防止保护套管在高温下产生变形，但在有流速的情况下，则必须迎着被测介质的流向插入，以保证测温元件与流体的充分接触。 2)热电偶应安装在有保护层的管道内，以防止热量散失。 3)热电偶安装在负压管道中时，必须保证测量处的密封性，以防止外界冷空气进入，使读数偏低。 4)热电偶的接线盒面盖应向上，入线口应向下，以避免雨水或灰尘进入接线盒，影响测量精度。1.1.用热电偶测量金属壁面温度有两种方案，如下用热电偶测量金属壁面温度有两种方案，如下图所示，当热电偶具有相同的参考端温度图所示，当热电偶具有相同的参考端温度t t0 0时，时，问在壁温相等的两种情况下，仪表的示值是

31、否问在壁温相等的两种情况下，仪表的示值是否一样？为什么？一样？为什么？作业2.用两支分度号为用两支分度号为K的热电的热电偶测量偶测量A区和区和B区的温差，区的温差，连接回路如右图所示。连接回路如右图所示。当热电偶参考端温度当热电偶参考端温度t0为为0时，仪表指示时，仪表指示200。问在参考端温度。问在参考端温度上升上升25时，仪表的指时，仪表的指示值为多少？为什么？示值为多少？为什么？电阻温度计电阻温度计 WZP2-240/A级级3线线300/150mmE(0-300)隔爆热电阻隔爆热电阻 u热电阻是用金属导体或半导体材料制成的感温元件。热电阻是用金属导体或半导体材料制成的感温元件。 电阻温度

32、系数：在某一温度间隔内，温度变电阻温度系数：在某一温度间隔内，温度变化化1 1 时的电阻相对变化量，单位为时的电阻相对变化量，单位为1/1/。0000()ttttRRRR t tRt 大多数金属热电阻随其温度升高而增加，当温大多数金属热电阻随其温度升高而增加，当温度升高度升高1时，其阻值约增加时，其阻值约增加0.4%0.6%，称具，称具有正的电阻温度系数。电阻值有正的电阻温度系数。电阻值Rt与温度与温度t（）的关系可表示为的关系可表示为Rt = R0（1 + At + Bt2 + Ct3） 式中式中 Rt 温度为温度为t时金属导体的电阻；时金属导体的电阻； R0 温度为温度为0时金属导体的电阻

33、；时金属导体的电阻； A、B、C 与金属材料有关的常数。与金属材料有关的常数。 大多数半导体热敏电阻的阻值随温度升高而大多数半导体热敏电阻的阻值随温度升高而减 小 ， 当 温 度 升 高减 小 ， 当 温 度 升 高 1 时 ， 其 阻 值 约 减 小时 ， 其 阻 值 约 减 小3%6%，称具有负的电阻温度系数。电阻值，称具有负的电阻温度系数。电阻值RT与热力学温度与热力学温度T（K）的关系可表示为）的关系可表示为RT = RT0exp B (1/T)B (1/T0) 式中，式中，RT0 热力学温度热力学温度T0（K）时的电阻值；）时的电阻值； B 与半导体材料有关的常数。与半导体材料有关的

34、常数。 虽然大多数金属和半导体的电阻与温度之间虽然大多数金属和半导体的电阻与温度之间都存在着一定的关系，但并不是所有的金属或都存在着一定的关系，但并不是所有的金属或半导体都能做成电阻温度计。用于测温的热电半导体都能做成电阻温度计。用于测温的热电阻（或热敏电阻）应满足以下要求：阻（或热敏电阻）应满足以下要求： （1 1）电阻温度系数要大，以得到高敏感度；）电阻温度系数要大，以得到高敏感度； （2 2）在测温范围内化学与物理性能要稳定；）在测温范围内化学与物理性能要稳定； （3 3）复现性要好；）复现性要好；（4 4）电阻率要大，以得到小体积的元件，进而）电阻率要大，以得到小体积的元件，进而保证热

35、容量和热惯性小，使得对温度变化的响保证热容量和热惯性小，使得对温度变化的响应比较快；应比较快；（5 5）电阻温度特性尽可能接近线性，以便于分）电阻温度特性尽可能接近线性，以便于分度和读数；度和读数； （6 6）价格相对低廉。）价格相对低廉。 目前已被采用的电阻温度计具有如下特点：目前已被采用的电阻温度计具有如下特点：（1 1）在中低温范围内其精确度高于热电偶温度计；）在中低温范围内其精确度高于热电偶温度计；（2 2）灵敏度高，当温度升高）灵敏度高，当温度升高11时，大多数热电阻时，大多数热电阻的阻值增加的阻值增加0.4%0.6%0.4%0.6%，半导体材料的阻值降低，半导体材料的阻值降低3%6

36、%3%6%； （3 3）热电阻感温部分体积比热电偶的热接点大得）热电阻感温部分体积比热电偶的热接点大得多，因此不宜测量点温度与动态温度，半导体热多，因此不宜测量点温度与动态温度，半导体热敏电阻虽然体积较小，但其稳定性和复现性却较敏电阻虽然体积较小，但其稳定性和复现性却较差。差。 u在在200 0范围内，铂的电阻温度关系为范围内，铂的电阻温度关系为Rt = R0 1 + At + Bt2 + C( t100 )t3 u在在0 650范围内，其关系为范围内，其关系为Rt = R0 ( 1 + At + Bt2 ) 式中，式中，A、B、C 分度常数。分度常数。二、常用热电阻元件二、常用热电阻元件 1

37、铂热电阻铂热电阻 u特点：特点：精度高，稳定性好，性能可靠。在精度高，稳定性好，性能可靠。在氧化性的气氛中，甚至在高温下的物理化氧化性的气氛中，甚至在高温下的物理化学性质都非常稳定。它易于提纯，复现性学性质都非常稳定。它易于提纯，复现性好，有良好的工艺性，可以制成极细的铂好，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔。与其他热电阻材料相比，丝或极薄的铂箔。与其他热电阻材料相比，有较高的电阻率。有较高的电阻率。u缺点：缺点：电阻温度系数较小，在还原性气氛电阻温度系数较小，在还原性气氛中，特别是在高温下易被沾污变脆，价格中，特别是在高温下易被沾污变脆，价格较贵。较贵。u铂热电阻和铜热电阻属国际

38、电工委员会推铂热电阻和铜热电阻属国际电工委员会推荐的，也是我国国标化的热电阻。荐的，也是我国国标化的热电阻。 2铜热电阻铜热电阻u特点特点：它的电阻值与温度的关系是线性的，电它的电阻值与温度的关系是线性的，电阻温度系数也比较大，而且材料易提纯，价格阻温度系数也比较大，而且材料易提纯，价格比较便宜，但它的电阻率低，易于氧化。比较便宜，但它的电阻率低，易于氧化。u在在50 150范围内，铜的电阻温度关系范围内，铜的电阻温度关系为为Rt = R0 ( 1 + t )式中，式中， 铜的电阻温度系数。铜的电阻温度系数。 3. 镍热电阻镍热电阻u特点：特点：电阻温度系数较铂大，约为铂的电阻温度系数较铂大，

39、约为铂的1.5倍。倍。u在在50150内，其电阻与温度关系为内，其电阻与温度关系为 Rt=100+0.5485t+0.66510-3t2+2.80510-9t4 4半导体热敏电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻通常用铁、镍、锰、钴、钼、钛、半导体热敏电阻通常用铁、镍、锰、钴、钼、钛、镁、铜等复合氧化物高温烧结而成。镁、铜等复合氧化物高温烧结而成。 大多数半导体热敏电阻具有负的温度系数，其电大多数半导体热敏电阻具有负的温度系数，其电阻值与温度的关系为阻值与温度的关系为RT = AeB/T 与金属热电阻相比，半导体热敏电阻具有如下与金属热电阻相比，半导体热敏电阻具有如下优点：优点： （1）具有较大的负

40、电阻温度系数，约为）具有较大的负电阻温度系数，约为( 3 6 )%，因此灵敏度比较高；，因此灵敏度比较高； （2）半导体材料的电阻率远比金属材料大得）半导体材料的电阻率远比金属材料大得多，因此它的体积可做得非常小，同时热惯性多，因此它的体积可做得非常小，同时热惯性小，适合用于测量点温度与动态温度；小，适合用于测量点温度与动态温度； （3）电阻值很大，故连接导线的电阻变化的）电阻值很大，故连接导线的电阻变化的影响可以忽略；影响可以忽略； （4）结构简单。）结构简单。缺点缺点是同种半导体热敏电阻的电阻温度特性分散是同种半导体热敏电阻的电阻温度特性分散性大，非线性严重，元件性能不稳定，因此互性大，非

41、线性严重，元件性能不稳定，因此互换性差，精度较低。换性差，精度较低。三、特殊热电阻三、特殊热电阻 铠装热电阻铠装热电阻2. 薄膜铂热电阻薄膜铂热电阻3. 厚膜铂热电阻厚膜铂热电阻四热电阻测温电路四热电阻测温电路热电阻温度变送器输入热电阻信号给输入回热电阻温度变送器输入热电阻信号给输入回路。输入回路是一个不平衡电桥，热电阻即为桥路。输入回路是一个不平衡电桥，热电阻即为桥路的一个桥臂。如果是金属热电阻，由于连接热路的一个桥臂。如果是金属热电阻，由于连接热电阻的导线存在电阻，且导线电阻值随环境温度电阻的导线存在电阻，且导线电阻值随环境温度的变化而变化，从而造成测量误差。的变化而变化，从而造成测量误差

42、。目前热电阻的引线主要有三种方式二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻，大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高

43、精度的温度检测。目前工业上实际测量时主要采用三线制接法。目前工业上实际测量时主要采用三线制接法。 热电阻测量桥路热电阻测量桥路 所谓所谓三线制接法（三线制接法（6666），就是从现场的金属热，就是从现场的金属热电阻两端引出三根材质、长短、粗细均相同的连接导电阻两端引出三根材质、长短、粗细均相同的连接导线，其中两根导线被接入相邻两对抗桥臂中，另一根线，其中两根导线被接入相邻两对抗桥臂中，另一根与测量桥路电源负极相连。与测量桥路电源负极相连。五、热电阻的校验五、热电阻的校验1. 两点法两点法 只需要冰点槽和水沸点槽，分别测得只需要冰点槽和水沸点槽，分别测得R0和和R100，检查，检查R0值和值和R

44、100/R0的比值是否的比值是否满足技术数据指标。满足技术数据指标。2. 2. 比较法比较法六、热电阻的选择六、热电阻的选择热电阻的选用原则热电阻的选用原则u 测温范围测温范围u 测温准确度测温准确度u 测温环境测温环境u 成本成本热电阻分度号热电阻分度号温度（温度（）电阻值（电阻值（）Cu50Cu100Pt10Pt10085134-140-15568.19157.384.38737.62 导体或半导体的电阻率与温度有关，利用导体或半导体的电阻率与温度有关，利用此特性制成电阻温度感温件，它与测量电阻此特性制成电阻温度感温件，它与测量电阻阻值的仪表配套组成电阻温度计。阻值的仪表配套组成电阻温度计

45、。 优点：测温准确度高，信号便于传送。优点：测温准确度高，信号便于传送。 缺点：不能测太高的温度，需外部电源缺点：不能测太高的温度，需外部电源供电，连接导线的电阻易受环境温度影响而供电，连接导线的电阻易受环境温度影响而产生测量误差。产生测量误差。79 非接触测温非接触测温利用光辐射来测量物体温度利用光辐射来测量物体温度 1 1、任何物体温度高于绝对零度（、任何物体温度高于绝对零度（-273.16-273.16 C C）时，时，都将有热辐射，都将有热辐射，温度越高，则发射到周围空间的能温度越高，则发射到周围空间的能量就越多。量就越多。 2 2、辐射能以波动形式表现出来，、辐射能以波动形式表现出来

46、，其波长的范围极其波长的范围极广，从短波、广，从短波、x x光、紫外光、可见光、红外光一直到光、紫外光、可见光、红外光一直到电磁波。电磁波。 3 3、温度测量中主要是可见光和红外光、温度测量中主要是可见光和红外光，因为此类，因为此类能量被接收以后，多转变为热能，使物体的温度升能量被接收以后，多转变为热能，使物体的温度升高，所以一般就称为热辐射。高，所以一般就称为热辐射。辐射式高温计辐射式高温计80 辐射测温特点：辐射测温特点： 非接触测量非接触测量 - - 不影响被测温度分布不影响被测温度分布 响应速度快：对高速运动物体测温。响应速度快：对高速运动物体测温。 灵敏度高，能分辨微小的温度变化；灵

47、敏度高，能分辨微小的温度变化； 测量范围广测量范围广(-10(-1013001300 C)C)； 抗干扰能力强，无需修正。抗干扰能力强，无需修正。81一、热辐射基本定律 ( (一一) ) 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 ( (二二) ) 斯忒潘斯忒潘玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律（三）普朗克定律（三）普朗克定律（四）维恩位移定律（四）维恩位移定律82(一) 基尔霍夫定律基尔霍夫定律：基尔霍夫定律：在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐在同样的温度下，各种不同物体对相同波长的单色辐射出射度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下黑射出射度与单色吸收比之比值都相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐

48、射出射度。体对同一波长的单色辐射出射度。辐射出射度：辐射出射度：从辐射源表面从辐射源表面单位面积单位面积发射出的辐通量，发射出的辐通量，某一特定波长的辐射出射度称为单色辐射出射度。某一特定波长的辐射出射度称为单色辐射出射度。 辐通量：辐通量：单位时间内通过某一截面的辐射能，又称辐射功率，单位时间内通过某一截面的辐射能，又称辐射功率，SI单位为瓦。单位为瓦。 83( )1: T黑体能全部吸收辐射到其上 能量的物体（理想）。( )1: T非黑体只能部分吸收辐射到其 上能量的物体（实际）。出射辐射能与吸收辐射能的出射辐射能与吸收辐射能的一致性一致性 光谱吸收率光谱吸收率 ： -表示物体对辐射到其上的

49、辐通量可吸收的比例。表示物体对辐射到其上的辐通量可吸收的比例。( )T( , )( )( )dTTd 式中，式中， 为被物体吸收的辐通量；为被物体吸收的辐通量； 为照射到物体单位面积上的为照射到物体单位面积上的辐通量。辐通量。( , )dT ( )d 84M ( )( )( )( ) ( ) ( )( )TTfTMTfTTfT物体的单色辐射出射度与单色吸收比的比值为一普适函数 与温度及波长有关。基尔霍夫证明了：基尔霍夫证明了：热平衡时物体向四周的辐射功率等于它能吸收的功率。00 ( )( )( )( )T( )TM TT M TM TM T其中， 为黑体在温度 时的光谱辐射出射度； 为非黑体在

50、温度 时的光谱辐射出射度。0( )( )fTMT850 TT ( ) ( )( )MTTMT光谱发射率（ ）：实际物体与黑体在温度时的光谱辐射出射度之比。结论：结论：( )( )TT则：则：物体的光谱发射率等于其光谱吸收率。物体的光谱发射率等于其光谱吸收率。吸收辐射能力强的物体，受热后向外辐射的能力也强吸收辐射能力强的物体，受热后向外辐射的能力也强；86(二)斯忒潘玻耳兹曼定律 物体物体辐射出射度与温度间的关系辐射出射度与温度间的关系 温度为温度为T T的绝对黑体，单位面积元在半球方向上的绝对黑体，单位面积元在半球方向上所发射的全部波长的辐射出射度所发射的全部波长的辐射出射度 与温度与温度T

51、T的四次方成正比。的四次方成正比。 0( )MT04424( )( )TTMTTM TTTW m KT -8对于非黑体的一般物体：式中：为温度为 时全波长范围的材料发射率，也称为黑度系数；为斯忒潘玻耳兹曼常数； 5.67032 10为物体的热力学温度87（三）普朗克定律（单色辐射强度定律）1511520) 1() 1(2)(2TCTkhceCehcTM式中，式中， c光速；光速； h普朗克常数，普朗克常数，6.62617610-34Js； k波尔兹曼常数，波尔兹曼常数，1.3806624410-23J/K； C1第一辐射常数，第一辐射常数，3.741810-16Wm2； C2第二辐射常数，第二

52、辐射常数，1.438810-12mK； T绝对温度。绝对温度。温度为温度为T的单位面积元的的单位面积元的绝对黑体绝对黑体，在半球面方向所辐射，在半球面方向所辐射的波长为的波长为的辐射出射度为的辐射出射度为描述辐射能量在各波长上的分布关系描述辐射能量在各波长上的分布关系也可以用辐射亮度来表示也可以用辐射亮度来表示：00( )( )MTL T辐射式温度计测温的理论根据。辐射式温度计测温的理论根据。88（四）维恩位移定律 最大辐射波长与温度的关系最大辐射波长与温度的关系 热辐射光谱中包含着各种波长，从实验可知，物热辐射光谱中包含着各种波长，从实验可知，物体峰值辐射波长体峰值辐射波长 与物体自身的绝对

53、温度与物体自身的绝对温度T T成以下成以下关系关系2897mTm Kmu 辐射温度计辐射温度计光学高温计光学高温计光电高温计光电高温计全辐射高温计全辐射高温计红外测温仪红外测温仪光学高温计光学高温计光学高温计工作原理光学高温计工作原理一般物体升高到一定的温度时都会发光，而且温一般物体升高到一定的温度时都会发光，而且温度越高，发出的光越多。度越高，发出的光越多。这是由于物体温度越高则发生短波（可见光部分）这是由于物体温度越高则发生短波（可见光部分）的光越多，而可见的短波部分的光要比长波的光亮，的光越多，而可见的短波部分的光要比长波的光亮，所以物体在所以物体在高温时要比低温时亮高温时要比低温时亮。

54、光学高温计就是利。光学高温计就是利用物体在不同温度时发出不同强光的现象，来测量高用物体在不同温度时发出不同强光的现象，来测量高温物体的温度。温物体的温度。光学高温计光学高温计光学高温计的构造光学高温计的构造从比较光的亮度出发，当物体发出来的光与标准从比较光的亮度出发，当物体发出来的光与标准灯丝共同经过红色滤光片时得到一个单一波长灯丝共同经过红色滤光片时得到一个单一波长的红色光波，以比较二者的亮度，当调的红色光波，以比较二者的亮度，当调节灯丝的亮度与物体的亮度相等时，仪表指示的节灯丝的亮度与物体的亮度相等时，仪表指示的温度称为物体的亮度温度。温度称为物体的亮度温度。仪表上的温度是对黑体进行校正和

55、刻度的。被测物仪表上的温度是对黑体进行校正和刻度的。被测物体并非黑体，体并非黑体， 因此仪表上的指示温度并非物体的实因此仪表上的指示温度并非物体的实际温度。实际温度可根据下式进行修正：际温度。实际温度可根据下式进行修正：可根据相应的图和表查找。可根据相应的图和表查找。查找方法是：先在下表再根据温度根据被测物质的性质查得该物查找方法是：先在下表再根据温度根据被测物质的性质查得该物体的单色黑度体的单色黑度 ，再根据温度和由下图再根据温度和由下图 查得温度修正值查得温度修正值使用光学高温计时应注意：使用光学高温计时应注意：从辐射体到高温计的距离不应小于从辐射体到高温计的距离不应小于0.70.7米，光

56、学高米，光学高温计的物镜应不受另外光源影响。温计的物镜应不受另外光源影响。不允许灯泡长时间过热，因为这样会引起它的特不允许灯泡长时间过热，因为这样会引起它的特性改变而使高温计精度下降。性改变而使高温计精度下降。 在测量火焰温度时，不应对着赤热火砖，因火砖在测量火焰温度时，不应对着赤热火砖，因火砖的辐射会使测量产生误差。的辐射会使测量产生误差。 使用光学高温计必须考虑到测量孔的玻璃和中间使用光学高温计必须考虑到测量孔的玻璃和中间介质的影响，中间介质如粉尘粒、煤颗粒、烟灰粒、介质的影响，中间介质如粉尘粒、煤颗粒、烟灰粒、COCO2 2和和H H2 2O O等吸收辐射热，对测量精确度有很大影响。等吸

57、收辐射热，对测量精确度有很大影响。光电高温计光电高温计红外光电温度计是根红外光电温度计是根据据维恩定律维恩定律即在一定即在一定波长时的辐射能量与波长时的辐射能量与温度之间的定量关系，温度之间的定量关系，对已知辐射系数的物对已知辐射系数的物体，在选定的波长范体，在选定的波长范围内所测得的物体表围内所测得的物体表面的面的辐射能量辐射能量转换为转换为电模拟量电模拟量来确定温度。来确定温度。 采用采用光反馈原理光反馈原理测量物体生产的测量物体生产的辐射能量辐射能量来确定来确定温度的。它具有反应速度快、精度高、测量方便等温度的。它具有反应速度快、精度高、测量方便等优点，特别适用于流（运）动着的物体以及各

58、种表优点，特别适用于流（运）动着的物体以及各种表面的温度面的温度, ,测量时既不破坏被测物的温度场，而且可测量时既不破坏被测物的温度场，而且可以远离被测物体而大大减轻测量时的劳动强度。这以远离被测物体而大大减轻测量时的劳动强度。这种仪表还配有带有定值电接点装置的自动记录仪进种仪表还配有带有定值电接点装置的自动记录仪进行自动控制。行自动控制。被测目标表面辐射的能量由物镜会聚经调制镜反射至接受被测目标表面辐射的能量由物镜会聚经调制镜反射至接受元件上，元件上， 由参比灯辐射的能量通过聚光镜会聚并由反光镜由参比灯辐射的能量通过聚光镜会聚并由反光镜反射，穿过调制镜叶片间的反射，穿过调制镜叶片间的 空档可

59、达到接收元件上，从而产生了空档可达到接收元件上，从而产生了两个相位差两个相位差180180的交流信号。实际上它的输出信号电压是上述两的交流信号。实际上它的输出信号电压是上述两个信号的差值。这个差值由电子线路进行放大，相敏检波，同时同个信号的差值。这个差值由电子线路进行放大，相敏检波，同时同步信号发生器步信号发生器 产生的同步信号也输至相敏检波。如果被测辐射产生的同步信号也输至相敏检波。如果被测辐射能量比参比灯辐射能量强，检波输出信号为正。通过电子线路进一能量比参比灯辐射能量强，检波输出信号为正。通过电子线路进一步放大调节，调整参比灯电流使之变量达到与被测目标辐射能量相步放大调节，调整参比灯电流

60、使之变量达到与被测目标辐射能量相平衡。如果与上述情况相反，则参比灯变暗，最后达到能量平衡。平衡。如果与上述情况相反，则参比灯变暗，最后达到能量平衡。 当被测物体是隔着观察窗口玻璃进行测量时，由当被测物体是隔着观察窗口玻璃进行测量时，由于被测物体一部分辐射能量被窗口玻璃吸收而产生测于被测物体一部分辐射能量被窗口玻璃吸收而产生测量误差（如量误差（如3 3厚的普通玻璃可产生厚的普通玻璃可产生30-5030-50左右的左右的误差），因此必须加以补偿或去掉。补偿可以通过空误差），因此必须加以补偿或去掉。补偿可以通过空白试验后调节补偿旋扭而获得，即：白试验后调节补偿旋扭而获得，即： （）用检测器瞄准某一物